Усилитель на N-канальных полевиках

[Alex Nikitin]

Схема усилителя здесь:

http://www.ant-audio.co.uk/circuits/MOSFET1.gif

Извините за не очень изящный рисунок от руки, но это всё, что я мог сделать в спешке. Потом как-нибудь сделаю в редакторе - или если у кого есть время, то помогите и перерисуйте. Надеюсь, что тем не менее всё понятно и читаемо.

Это переработанный вариант на основе схемы разработанного мной и уже давно снятого с производства усилителя Creek 4330 (выпуска примерно 1997 года) . Почти в точности такая схема у усилителя, который я и сейчас использую дома.

Как видите, схема довольно простая с небольшим количеством деталей.

Выходная мощность при питании +/- 35 Вольт примерно 40 Вт на 8 Омах, 65-70 Вт на 4 Ом.

Не показаны на схеме цепи питания, в том числе питания ОУ ( +/-15В) . Основной блок питания может быть от +/-25 до +/-35 Вольт с ёмкостью сглаживающих конденсаторов от 6800 до 10000 мкФ на два канала, защищённый плавкими предохранителями на 3-4 А ("медленными", с буквой Т) на ВХОДЕ выпрямительного моста, то есть последовательно с каждой половиной вторичной обмотки трансформатора. Выходные транзисторы помещены на теплоотвод с тепловым сопротивлением не больше 1-1,5 градусов на Ватт, закреплены прижимом сверху алюминиевым блоком 10х10х45мм, изоляция ОБЯЗАТЕЛЬНО слюдяная с теплопроводящей смазкой с обеих сторон. Q9 должен иметь хороший тепловой контакт (со смазкой) с теплоотводом выходных транзисторов и лучше всего прямо между ними. Величина R15 определяет крутизну температурной компенсации и может быть слегка изменена для другого типа выходных транзисторов. Теплоотвод желательно заземлить.

В целом рекомендую на выход поставить ещё последовательно цепь из резистора 3Вт 1 Ом параллельно с намотанными на него 10 витками эмалированного провода диаметром 1 мм. Это в целом обеспечит хорошую стабильность на реактивной нагрузке даже при не слишком удачной разводке.

Вот пока и всё.

Алексей

[yan]

При напряжении температурной компенсации 1,2В оная вообще не работает.

Насколько помню, у меня получилось точное значение 1,25 В (по китайскому тестеру). Но и при 1,2 В сильного саморазогрева не было, ток покоя увеличивался не более чем на 40-50%

При этом у меня приличный уровень искажений... буквально 1% на 1кГц при токе покоя 75мА.
Искажения уменьшались до приемлемого уровня 0,006% при токе покоя 190мА.

Это с нагрузкой или без?
Транзисторы дифкаскадов подобраны, их токи не сильно различаются?
Какое напряжение на выходе ОУ системы поддержания нуля на выходе?

Поставил напряжение около 1,3В - ситуация улучшилась. Ток покоя все-равно плавает оттемпературы, но в пределах 75...150мА. Искажения небольшие, звук приятный. Попробую еще более увеличить напряжение. Но вот какой вопрос у меня есть. Чем мне может грозить чрезмерное увеличение этого напряжения?... только лишними потерями по напряжению питания?

Ничем не грозит. Надо найти величину, при которой ток плавать не будет совсем.

Температурный датчик у меня далековато от выходных транзистров... к сожалению. Не учел.

Надо бы разместить непосредственно на корпусе одного из выходных транзисторов. Хотя бы ради эксперимента.

Уже даже грешу на точность моего мультиметра... может неверно напряжение измеряет?

Батарейку измерь пальчиковую

[Ivanuch]

yan,
Измерения проводил с резистивной нагрузкой. 20Вт 4.7Ом.
Тестер проверил стабилитроном.
Взможно, у меня сказывается именно удаленность датчика. Пока по радиатору тепло дойдет - часть потеряется, выходные транзисторы уже "кипят". Радиатор полезной площадью около 1000 кв.см.
Транзисторы дифкаскадов не подбирал и токи не мерил.
Все с одной партии.
На выходе стабильно держится 3мВ. На выходе операционника посмотрю.
Спасибо за подсказки

[Alex Nikitin]

Взможно, у меня сказывается именно удаленность датчика.

Скорее всего именно так. Надо бы разместить датчик прямо на корпусе одного из выходников, как yan и посоветовал, или между выходниками, при этом надо каплю термосмазки между датчиком и теплоотводом/транзистором, иначе ток покоя стабилизировать просто не получится.

Алексей

[Ivanuch]

Alex Nikitin,
Спасибо, буду пробовать. Сплету косичку из трех проводков и перенесу транзистор.

[SinteZ]

У меня BCшка между выходниками на термоклей приклеена. Проблемм ненаблюдается и ничего сильно не разогревается. Ток покоя стоит на месте.

[Ivanuch]

Ну вот, сделал на тот же самый винтик, что выходной транзистор к радиатору крепит, скобочку-пружинку из жести. Под скобку положил транзистор-датчик температуры и косичкой дотянул провода до платы. Поставил напряжение 1,225В - ток покоя перестал сильно меняться от температуры
Все никак послушать не могу - паяю, практически, по ночам - не шибко послушаешь

yan,
На выходе операционника около 0,65В, на выходе усилителя держится 2-3мВ.

Добавлено через 11 часов 25 минут
Alex Nikitin,
Подскажите пожалуйста по емкости С7 в вашей схеме.
С моем усилителе на месте Q8 стоит IRF9610, а пленочные емкости, которые есть в наличии 56пФ и 100пФ. Сейчас стоит 56пФ. Может стоит поставить 100пФ? Цепей коррекции в схеме нет, переживаю за возможные возбуды.

[SinteZ]

Ivanuch,
Постоянка на выходе в пределах, от добра, добра не ищут.

[Alex Nikitin]

Подскажите пожалуйста по емкости С7 в вашей схеме.

Я думаю, что с 9610 вполне можно оставить 56 пФ.

Алексей

[Gav]

Я думаю, что с 9610 вполне можно оставить 56 пФ.

Алексей

В плане внутренней разводки(от входных клемм до коммутатора входов,15 см куски до цепочки Цобеля)стоит сильно заморачиваться?На плате перемычки обычным проводом?

[Ivanuch]

Alex Nikitin,
Спасибо.

Gav,
Не понял вашего вопроса... про перемычки, провода и связи с корректирующей емкостью.
Моя разводка тут: http://ha-lab.narod.ru/nikitin.html
В ней уже нашел недостатки:
- удаленность датчика температуры от выходных транзисторов - пришлось вешать на проводах.
- балластные резисторы нужной мощности не влезают поставил последовательную цепочку из 4-х 0,25Вт... висят как сопли.
- электролиты тоже не все по габаритам нарисовал
- источник тока для выходных транзисторов и транзистор задающий смещение между затворами выходных транзисторов крепятся к общему с выходниками радиатору, что создает проблемы с температурной компенсацией. Да еще и тепло до них не сразу доходит.

В общем, чего у меня получилось с усилителем.
Впечатления очень положительные от звука. Сравнивал со своим усилителем на LM3886. До этого полагал ее хорошо играющей. Очень бросилось в уши увеличившаяся глубина сцены. LM-ка играет довольно плоско. Звук с хорошей детальностью, чувствуется помещение, где делали запись. Сложно избавиться от желание сделать погромче. Звук совершенно не перегружает уши. Стало приятно сушать некоторые диски, которые из-за сложного для усилителя характера музыки ранее были неудобоваримыми. В общем, доволен!
Минусы, связанные с косяками конкретно моей реализацией:
- нестабильный от температры ток покоя. С холодными радиаторами 55мА, после разогрева радиатора ток увеличивается до 95мА. Пока толком не получается скомпенсировать. Напряжение температурной компенсации меняется в пределах 20мВ (холодный радиатор - горячий радиатор)
При крутизне транзистора в источнике тока 0,9S будет где-то 18мА компенсации. Маловато будет???
Приходится ждать прогрева усилителя, чтобы он "нагрелся и распелся"
- посчитал мощность на радиаторе в режиме покоя - около 9Вт. Радиатор уже горячий. Напряжение питания у меня +/- 38В.
Картинки творения:

[Sid_VA]

Вопрос ко всем:
Правда, что несколько конденсаторов в фильтре БП, например 3 х 3300 мкф, лучше чем 1 х 10 000 мкф и что это сказывается на качестве звучания?
И применительно к обсуждаемому усилителю?

[Melhior]

Правда, что несколько конденсаторов в фильтре БП, например 3 х 3300 мкф, лучше чем 1 х 10 000 мкф и что это сказывается на качестве звучания?

Советую не поленится (на осмысление ушло не мало бессонных ночей) и повнимательней почитайте ветку! Да, влияет! Кстати, марка производителя тоже ..

[Sid_VA]

Советую не поленится...

не поленился - прочел всю ветку, да так что загорелся желанием собрать оригинальный усь. Пока все на стадии сбора р/деталек и изготовления печатки.
Если память не изменяет, то в ветке обсуждались кондеры по температуре и по max емкости, но не по количеству!

Sid

[G.S.S.]

Впечатления очень положительные от звука.

Поздравляю!
Если помните, я задавал вопросы по усю в соседней ветке. Дело в том, что я немного посимулировал его в МС8 и у меня возникло несколько вопросов:
1. Кг, определяемый в основном 2-й гармоникой, порядка 0,05%. Довольно много. Отдельно моделировал выхлоп, там Кг порядка 0,2% и определяется 3-ей гармоникой.
2. Очень острая характеристика регулировки тока покоя. Изменение RP2 всего на 3-5 Ом вызывает изменение тока от практически нуля до ампера. Правда с 540-ыми транзисторами полегче. Нет ли неудобств?
3. Относительно невысокая скорость нарастания, около 20 В/мкс,
4. Несимметричная и с выбросом ПХ.
Может у меня модели такие? Или это все несущественно?
Справедливости ради подобные вопросы возникали и во время начала дискуссии, тогда меня это смутило. Вот решил еще и Вас попытать.
С уважением,
Сергей.

[yan]

yan,
На выходе операционника около 0,65В, на выходе усилителя держится 2-3мВ.

0.65B - нормально, это было к вопросу об искажениях и разбалансе дифкаскадов.
У меня опер, установленый на дерьмовой панельке давал до 10мВ на выходе усилителя. Потом я панельки выкинул, и впаял ОУ в плату - на выходе усилителя получилось пара микровольт постоянки.

Добавлено через 11 часов 25 минут
Alex Nikitin,
Подскажите пожалуйста по емкости С7 в вашей схеме.
С моем усилителе на месте Q8 стоит IRF9610, а пленочные емкости, которые есть в наличии 56пФ и 100пФ. Сейчас стоит 56пФ. Может стоит поставить 100пФ? Цепей коррекции в схеме нет, переживаю за возможные возбуды.

Насчёт коррекции - я уже писал в этой ветке, что убрал конденсатор из ООС, и поставил 1-2 пФ между базой и коллектором в УН.
Схему эту собирал Charles, но с моими номиналами он поймал возбуд, и номинал пришлось немного увеличить, насколько помню.

1. Кг, определяемый в основном 2-й гармоникой, порядка 0,05%. Довольно много. Отдельно моделировал выхлоп, там Кг порядка 0,2% и определяется 3-ей гармоникой.

Так оно и есть. Было бы 0,05% не второй, а ,скажем, седьмой гармоники - тогда бы я заморочился этим вопросом. А так, собрал, послушал - нормально.

2. Очень острая характеристика регулировки тока покоя. Изменение RP2 всего на 3-5 Ом вызывает изменение тока от практически нуля до ампера. Правда с 540-ыми транзисторами полегче. Нет ли неудобств?

С IRF540 полегче, а с какими посложнее?
И, я вообще подстроечники однооборотные использовал - конечно неудобно.
Но никто в серию эту схемку пускать не собирался,
поэтому номиналы, относящиеся к этому вопросу, выбраны "от балды".

3. Относительно невысокая скорость нарастания, около 20 В/мкс,
4. Несимметричная и с выбросом ПХ.
Может у меня модели такие? Или это все несущественно?

Скорость можно увеличить, увеличив ток покоя драйвера.
Но я подумал, что негоже разгонять ток драйвера больше тока покоя выходного каскада, и решил принять такой расклад приемлемым.
Несимметрия и выброс ПХ - это вопрос к выходу или к моей схемке в целом? На входе схемки установлен ФНЧ, с которым схемка не проявляет несимметрию и выбросы ПХ.

[Alex Nikitin]

(Я пишу в отношении оригинальной схемы)

1. Кг, определяемый в основном 2-й гармоникой, порядка 0,05%. Довольно много.

На какой частоте? На 20 кГц примерно так и должно быть. На 1 кГц - меньше 0,01%.

Отдельно моделировал выхлоп, там Кг порядка 0,2% и определяется 3-ей гармоникой.

При указанном токе покоя это примерно правильно.

2. Очень острая характеристика регулировки тока покоя. Изменение RP2 всего на 3-5 Ом вызывает изменение тока от практически нуля до ампера. Правда с 540-ыми транзисторами полегче. Нет ли неудобств?

Характеристика действительно острая (хотя, пожалуй, на самом деле не такая острая, как в симуляторе) и при настройке надо быть аккуратным, но это создаёт неудобство только однажды .

3. Относительно невысокая скорость нарастания, около 20 В/мкс,

В реальности больше 30 В/мкс, но даже 20 - в целом достаточно для такой мощности усилителя.

4. Несимметричная и с выбросом ПХ.

Мы же не прямоугольные импульсы слушаем . Этот усилитель далеко не идеален по многим традиционным параметрам, но неплохо воспроизводит музыку. Есть немеряное количество значительно лучших по параметрам усилителей, которые делают это значительно хуже.

Может у меня модели такие? Или это все несущественно?

Существующие модели мощных полевиков, похоже, не слишком хороши для симуляции линейных схем. Существенно или нет "это всё", зависит от применения, для звука - не очень, по моему мнению. Можно, разумеется, сделать лучше, но при заметном усложнении схемы.

Алексей

[G.S.S.]

Уважаемые Alex, Ivanuch, yan! Спасибо за ответы.
Прошу прощения, если инициирую повторение, я, увы не все и не всегда внимательно читал, поэтому напал на Ivanuch-а. Но многие вопросы возникли еще и тогда, в самом начале.
Еще один вопрос я упустил - нестабильность тока покоя от напряжения питания. Не то чтобы сильно, но при изменении питания от +/-35 до +/-50 ток меняется процентов на 30 в плюс. Это по памяти.

Модели брал из библиотеки МС8. На драйвер IRF9130. Позже IRF9610 (модель из https://forum.vegalab.ru/showthread....29&postcount=4)
На выход IRF(Р)540, 640, 240,250. Ток покоя - около 100 мА.

Оригинальная схема в симуляции с 9610 и 640 - все как обещано, почти симметричная ПХ, без выбросов, идеально трапециедальная. Скорость около 28 В/мкс. Обеспечивается при коррекции 33 пФ между КБ усилителя напряжения ( я почему то не люблю такую коррекцию).

Все как обещано. Меня несколько настораживала только доминирующая 2-я гармоника и довольно длинный шлейф. Хотя говорят, что четные гармоники благозвучные.
Схема yan-a/Ivanuch-a внесла некоторое оживление в мое осмысление темы, думал, что эта архитектура более симметричная, то есть придавит вторую гармонику. Ан нет! Все равно она доминирующая, плюс повыше, правда хвост стал не такой "пушистый".
В целом мои страхи несколько рассеялись, вот один остался.

С времен обсуждения в мурзилке динамических искажений я избегаю применять дифкаскад без эмитерных резсисторов. Мол, низкая перегрузочная способность по входу. (Хотя иногда казалось, что с ними звук хуже) Это вторая причина обращения к варианту yan-a/Ivanuch-a.
Еще раз спасибо,
С уважением,
Сергей.

[Ivanuch]

G.S.S.,
У меня симулятор тоже показывает THD = 0,04%. Реально на нагрузке 4Ома при можности 5Вт мериется 0,007% (при том что моя карточка дает 0,0045% сама по себе)
Резистор многооборотный и регулировка достаточно плавная... буквально в пределах половины оборота можно поймать нужную точку. Поэтому этой проблемы даже не заметил.
Моделировал в Miltisim-е 2001. Я сам еще тот моделист Поэтому с техническими вопросами лучше к Alex-у и Yan-у Но на прямоугольнике некрасивых выбросов не видел. Реальную схему на прямоугольнике не мерил... устойчивость на емкостной нагрузке еще не мерил. Мне для этого надо к другу с осциллографом идти, а конструкция пока нетранспортабельна.

yan,
В принципе те самые 1-2пФ (если не больше) между коллектром и базой у меня обеспечивают параллельные дорожки на плате. Поэтому дополнительные корректирующие емкости убрал. Они у меня странным образом коэф. искажений увеличивают.

[DmitryII]

Есть большое желание попробовать увеличить напряжение питания и выходную мощность усилителя.
Вопрос к автору, в каком направлении лучше ставить экперименты с последовательно соединенными транзисторами?
Представляется интересным вариант с каскодным соединением двух полевых транзисторов.

И были ли попытки поставить полевые транзисторы вместе с симметричными биполярными. Можно ли что-нибудь сказать про следующую схему?
Спасибо.

[SMD-n]

Можно ли что-нибудь сказать про следующую схему?

Биполярники будут "залипать" при неизбежном насыщении ...
Ставь как у Алексея сделано ...